學科教育論文-淺談實驗設計能力的培養(yǎng).doc

學科教育論文-淺談實驗設計能力的培養(yǎng)【摘要】實驗設計能力是指運用已學過的測量儀器和實驗方法以及有關的知識，按題給要求自行設計實驗方案，研究物理現(xiàn)象、探索物理規(guī)律或測定物理量的能力?！娟P鍵詞】實驗設計能力培養(yǎng)近幾年新課程標準中，注重了實驗原理、實驗步驟乃至整個實驗方案(包括原理、裝置、器材選擇、實驗步驟和數(shù)據(jù)處理等)的設計。設計性實驗是在一些特定的要求和條件下，自行設計和實驗，靈活運用知識和技能，進行的創(chuàng)新性思維和實踐活動。設計性實驗能全面培養(yǎng)學生綜合運用所學知識的能力、收集和處理信息的能力、分析和解決問題的能力、語言文字表達能力以及團結(jié)協(xié)作的能力。因此以設計性實驗為載體，培養(yǎng)學生創(chuàng)新能力是一條重要途徑。這給我們物理教師如何進行物理實驗教學提出了一個新的課題。一、重視基礎創(chuàng)新之源創(chuàng)新之根源在于基礎，而扎實的基礎不僅來源于牢固的知識基礎，更來源于知識所體現(xiàn)的基本研究方法和思考方法，這些都為我們創(chuàng)造性地進行實驗設計提供了堅實的理論基礎。抓好課本上基本的學生實驗和演示實驗的教學，是培養(yǎng)學生實驗設計能力的重要基礎。例：有兩杯不同的液體，現(xiàn)提供以下器材：（1）托盤天平；（2）彈簧測力計；（3）兩個質(zhì)量和形狀完全相同的燒杯；（4）拴著細線的物塊（密度大于這兩種液體）；（5）刻度尺。請你用兩種方法比較它們密度的大小，要求寫出：所選用器材的序號，并簡要說明比較的方法。分析：本題涉及實驗原理的確定、實驗器材的選擇、實驗方法的設計與表達，注重學生的綜合實驗能力，有一定的開放性。本題可以從密度、浮力等知識入手進行解答。用相同體積比質(zhì)量的方法，來判斷密度大小。相同體積的判斷上，可用刻度尺測量，質(zhì)量的比較用天平，此方法實質(zhì)是探究密度概念的實驗的遷移。用浮力的知識比視重的方法，分別測出物體浸沒在兩種不同液體中時彈簧測力計的示數(shù)，因為液體密度越大，物體受到的浮力也越大，視重就越小，所以視重小的液體密度大。此種方法實質(zhì)上是浮力中稱重法的一個具體應用。因此，我們必須重視基本實驗的教學，教學中要特別引導學生認真領會各類實驗的設計思想和認真掌握基本實驗技能的運用，同時還要注意實驗方法的拓展，培養(yǎng)實驗中的發(fā)散性思維，達到舉一反三，觸類旁通的目的。二、重視實驗問題設計，有的放矢創(chuàng)新之法新教材在演示實驗和學生實驗中提出的讓學生獨立思考的問題更多，這些問題大多要親自設計和動手實驗才能解答。由于設計性實驗具有相當?shù)碾y度，學生在完成中由于認知水平的限制通常會卡殼。因此，教師不能把“充分發(fā)揮學生主觀能動性”理解為“完全放縱”，而應充分理解學生有限的認知水平和知識遷移能力，有的放矢地給予必要的啟發(fā)和點化。同時，要鼓勵學生大膽實踐，允許學生在實驗中走彎路，犯錯誤，但老師要及時予以指出和糾正，只有這樣，學生的實驗設計能力才能穩(wěn)步提高。有的放矢作為一種創(chuàng)新思考方法是指思考一個較復雜的問題時，在掌握了一定的有關情況之后，首先應當弄清，需要緊緊盯住和瞄準的目標是什么？在設計實驗中，這個目標就是實驗目的。它可以引發(fā)我們的定向思維，在實驗目的的引領下，根據(jù)題目的要求和給出的條件，運用儲備知識和科學思維方法，分析相關物理情景，精心構思實驗原理，確定需要測量的物理量，安排實驗方案和實驗操作程序，最后進行實驗數(shù)據(jù)記錄和處理實驗數(shù)據(jù)。例：探究不同物質(zhì)的吸熱能力是否相同的實驗設計時，如果教師不給以恰當?shù)囊龑?，學生很難自主完成實驗設計。實際教學中可設置以下幾個問題逐層分析，化解難點。（1）物質(zhì)的吸熱能力強弱通過哪些物理量的變化反映出來？（2）物質(zhì)吸熱多少與哪些因素有關？（3）物質(zhì)的吸熱能力與溫度的變化及其質(zhì)量的大小等因素都有關，因此要研究物質(zhì)的吸熱能力與物質(zhì)的種類是否有關時，要采用什么方法？怎樣實現(xiàn)這些方法？通過以上問題的分析，使學生認識到比較物質(zhì)的吸熱能力強弱，實質(zhì)上只需要用相同規(guī)格的加熱器材，加熱相同質(zhì)量的不同物質(zhì)，升高相同的溫度，比較加熱時間的長短即可比較吸熱能力的強弱，根據(jù)這些條件學生即可自行選擇實驗器材，設計實驗表格需要記錄哪些數(shù)據(jù)，在此基礎上設計并完成實驗。三、重視課外小實驗、小制作和小發(fā)明活動開展課外小實驗、小制作、小發(fā)明活動，是培養(yǎng)和提高學生實驗設計能力的延續(xù)和補充。要想真正提高設計性實驗的教學效果，僅在課堂內(nèi)是不夠的，還必須輔之以生動活潑的課外小實驗、小制作和小發(fā)明活動，才能達到最佳效果。如在學了“光的色散”一節(jié)知識后，可以增設“室內(nèi)彩虹的形成”這一課外小實驗。學了磁場后，可增設“指南針制作”這一課外小制作等。因為在這些活動中，學生的手腳充分解放，思維充分活躍，更有利于充分發(fā)揮學生的潛能，激發(fā)靈感，實驗技能不知不覺中得到充分地開發(fā)和提高。雖然教科書中課外小實驗和小制作，豐富了學生的課外實驗活動，但僅有書上的這些還不夠，教師在教學中還應當適時的補充一些。如主要利用礦泉水瓶借助其他輔助材料，可自行設計完成哪些實驗，說明了哪些物理原理。學生通過查閱資料，動腦思考，設計出幾十種實驗方案，涉及到力、熱、光等的許多知識點。通過類似的訓練，培養(yǎng)學生動手、動腦、勤于思考的好習慣，并且在實驗中，還培養(yǎng)了學生觀察、分析、整理、概括等能力。四、重視科學調(diào)查加強實驗設計能力教學，是素質(zhì)教育的一個方面。設計一些只知實驗目的不知實驗結(jié)論的設計性實驗，讓學生獨立設計實驗方案，獨立實驗和獨立撰寫實驗報告并獨立得出實驗結(jié)論，將使學生克服對老師過分依賴的習慣，以及提高學生對物理規(guī)律的理解和運用能力，能提高學生獨立創(chuàng)造能力和實際動手操作能力。不僅有利于物理思想和物理方法的形成，同時會養(yǎng)成科學而嚴謹?shù)乃季S習慣，激發(fā)探索自然規(guī)律的熱情。這可以通過分階段、有組織、有計劃、有目的地學生科學調(diào)查來得以實現(xiàn)。如在學習光的反射時，課后可布置學生對城市建設中的光污染現(xiàn)象進行調(diào)查，調(diào)查玻璃幕墻給居民的生活帶來哪些不便或危害？如何預防光污染？提出哪些合理化建議？科學調(diào)查活動要求做到以下幾點：（1）成立若干課外活動興趣小組，小組中的每一個成員都有明確的分工。（2）教師要經(jīng)常性地指導和培養(yǎng)學生如何完成自己的任務。（3）將教材中設置的和教師自己補充的小實驗和小制作內(nèi)容，按教材知識的編排特點分階段以各小組為單位有計劃地組織實施，要求學生在課外獨立設計、獨立操作、獨立完成實驗報告